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發布作者:tianlan    閱讀次數:95    發布時間:2019-08-22 13:53    文章來源:上海廠房裝修公司

  鋼結構建築物造型美觀大方,色彩多樣,耐大氣腐蝕,隔熱隔聲阻燃,空間利用率高,建設周期短,工程造價低,因而得到廣泛的應用,如各類工業廠房、超市、倉庫、展覽館、體育館、飛機庫、機場、别墅等。由于輕鋼結構獨特的建築體系,使得此類建築和普通磚混結構、框架結構建築物的防雷工程設計和施工有較大的差異。下面通過工程設計、現場驗收的實際經驗總結,對輕鋼結構建築物防雷和抗震設計的相關問題作一些粗淺的探讨。

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鋼結構設計不可忽視的内容-防雷

  1.輕鋼結構建築物的建築體系

  輕鋼結構建築物基礎分為鋼筋混凝土獨立基礎和鋼筋混凝土條形基礎,前者在地質情況較好的場地使用,後者則應用于地質情況較差的場地。施工時需預埋地腳螺栓,加墊片後和鋼柱相連。

  輕鋼結構建築物采用預制構件,不允許現場鑽孔、焊接。主鋼架(梁、柱)為焊接型鋼或熱軋型鋼,以充分發揮高強度鋼材的力學性能。次構件(檩條)為高強度的、經防腐處理的冷彎薄壁C型或Z型鋼,和主鋼架采用螺栓連接。

  輕鋼結構建築物的圍護系統(牆體、屋頂)分為彩鋼壓型闆和彩鋼夾芯闆,大多采用自攻螺栓和檩條(屋面檩條或沿牆檩條)連接。壓型鋼闆是以彩色塗層鋼闆或鍍鋅鋼闆為基材,經輥壓冷彎成型的建築用圍護闆材,其保溫及隔熱層為離心超細玻璃絲棉卷氈。此種闆材現場制作,有利于解決大範圍内面闆搭接易于出現的接縫不嚴的情況,現場複合使整個大面積的屋面成為一個整體,更加堅固、易排水、防漏、保溫,而且建築外形更加統一、協調、美觀。而夾芯闆是将彩色塗層鋼闆面闆及底闆與保溫芯材通過粘接劑(或發泡)複合而成的保溫複合圍護闆材,按保溫芯材的不同可分為硬質聚氨脂夾芯闆、聚苯乙烯夾芯闆、岩棉夾芯闆。夾芯闆一般為工廠預制。圍護系統連接方式一般為咬合連接或者搭接連接。

  一般而言,牆體的做法先是砌1.2m高、厚0.3m(嚴寒地區厚度為0.37m)的磚牆或者加氣混凝土砌塊,其上才是夾芯闆或者壓型闆。

  2.輕鋼結構建築物的防雷及接地

  2.1接閃器

  根據輕鋼結構建築物的特點,顯然,高大沉重的避雷針不适合在此類建築物上安裝,而《建築物防雷設計規範》(GB50057-94,2000版)第4.1.4條給出了金屬屋面作為建築物(第一類防雷建築物除外)防雷接閃器的四個要求。

  規範針對金屬闆下面有無易燃品的不同情況,對金屬闆的厚度做了不同的要求,明确規定“金屬闆下面無易燃品時,其厚度不應小于0.5mm”。讓我們看看四種保溫芯材的物理特性。硬質聚氨脂屬B1級建築材料,導熱系數為0.016~0.025,為難燃體;聚苯乙烯屬阻燃型材料,氧指數不小于30,導熱系數為0.029,為阻燃自熄型;岩棉屬于不燃燒材料,導熱系數為0.044;玻璃絲棉屬A級建築材料,導熱系數為0.038~0.042,為非燃燒體。另外,保溫芯材所用粘膠劑也是阻燃型。所以,輕鋼結構建築物的圍護系統為非燃體,當利用金屬闆做接閃器時,厚度不應小于0.5mm即可。規範中四個要求的第三條不再考慮。

  從結構專業角度出發,屋面闆的厚度選擇一般考慮三個因素:第一是風荷載;第二是雪荷載;第三是檩距。所以,不同地域可能所選的屋面闆厚度就不一樣,電氣設計人員需要和結構專業及時溝通,厚度滿足規範要求時,再考核其他條件。比如在新疆,檩距在1.5m左右時,屋面面闆厚度一般為0.6mm,底闆厚度一般為0.5mm,是滿足規範的厚度要求的。若厚度不滿足要求怎麼辦?則應該參考國家标準圖集《壓型鋼闆、夾芯闆屋面及牆體建築構造》(01J925-1)做避雷帶,其中壓型鋼闆屋面避雷帶的細部做法參見48頁,夾芯闆屋面避雷帶的細部做法參見66頁。此圖集是建築專業圖集,電氣設計人員較少接觸,而國家标準圖集《建築物防雷設施安裝》(99D501-2)和《利用建築物金屬體做防雷及接地裝置安裝》(03D501-3)都沒有輕鋼結構屋面避雷帶的細部做法。所以,電氣設計人員引用标準做法時應注意。避雷帶網格大小應該按規範的要求和各類建築物的防雷類别嚴格對應,施工圖紙應當按規範劃分的标準準确标注。

  輕鋼結構建築物的圍護系統連接方式一般為咬合或者搭接。無論是壓型鋼闆還是夾芯闆,其外觀都是瓦楞形的。在施工中,采用搭接時的搭接長度至少要達到一個波峰或波谷,超過100mm則完全滿足規範的要求。

  另外,規範注釋提到“薄的油漆保護層”不算是絕緣被覆層。因此,可以認為彩色塗層鋼闆無絕緣被覆層,而鍍鋅鋼闆則更是電的良好導體。所以,筆者以為《建築物防雷設計規範》(GB50057-94,2000版)第4.1.4條的第四個要求也是滿足的。

  綜上所述,筆者認為厚度達到0.5mm的輕鋼結構建築物的屋面夾芯闆(或壓型鋼闆)可以作為接閃器。

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  2.2引下線

  從前面輕鋼結構建築物的建築體系的介紹可以看出,主鋼架、次構件、圍護系統在施工中已經作了可靠的連接,形成了持久的電氣通路。因此,隻要設置了可靠的接地裝置,就可以按跨度将鋼柱作為引下線。這一點,《建築物防雷設計規範》(GB50057-94,2000版)第4.2.3條已經作了規定。當然,規範對各類防雷建築物的引下線間距做了要求,不過在土建施工時,隻要所有的鋼柱和接閃器、接地裝置做了可靠連接,那麼它們都是引下線,實際效果超過了規範的标準。

  針對《建築物防雷設計規範》(GB50057-94,2000版)第4.2.5條的規定,即是否要對地上1.7m至地下0.3m一段作為引下線的鋼柱采取保護措施,筆者認為沒必要。第一,不用擔心鋼柱容易受到機械損壞;第二,從輕鋼結構的建築體系看,距地有1.2m高的磚牆或者加氣混凝土砌塊,對人身接觸有一定的防護;第三,鋼柱本身做了防腐處理,含絕緣被覆層,也起到一定的防護作用。另外,此條規定的條文說明指出它适合設斷接卡子的情況,而根據規範第4.2.4條,當利用鋼柱做引下線同時采用基礎接地體時是可以不設斷接卡的。

  2.3接地裝置

  在現行設計中,一般将基礎鋼筋作為自然接地體,用40X4的鍍鋅扁鋼将其連通,并施行總等電位聯結。這樣進行處理,接地電阻很小,一般容易達到設計要求。在設計中應當注意,應在室外合适位置預留接地連接闆,做法可以參考國家标準圖集《接地裝置安裝》(03D501-4)。這樣,當接地電阻值達不到要求時,施工單位可以方便地連接人工接地體和測試接地電阻值,這一點應當在設計圖紙中有所體現。

  另外,在設計圖紙中,不能泛泛而談“利用建築物基礎鋼筋做自然接地體”。前面已經提到,輕鋼結構建築物在基礎施工時需預埋地腳螺栓,加墊片後才能和鋼柱相連。須知:預埋的接地螺栓本身和基礎鋼筋是沒有電氣連接的!所以,土建施工時可用不小于φ10鋼筋或圓鋼将基礎鋼筋和接地螺栓可靠焊接,具體做法參見國家标準圖集《利用建築物金屬體做防雷及接地裝置安裝》(03D501-3)的17頁。這樣,從接閃器到引下線,再到接地裝置,雷電流才具備完整的洩放通道。這樣做還不夠,還應該用短鋼筋和基礎鋼筋可靠焊接,并引出基礎外,供聯結接地環網,方有利于降低自然接地體的接地電阻值和實施有效的等電位聯結。這一點對于設置獨立基礎的輕鋼結構建築尤其重要,所以有必要在設計圖紙中交待清楚。

  如果忽視了輕鋼結構建築物接地裝置的特殊性,即基礎鋼筋和接地螺栓本身并沒有電氣連接這一事實,造成的後果則是整個建築物沒有可靠的接地網。采取的補救措施是用40X4的鍍鋅扁鋼做等電位環網,鍍鋅扁鋼過鋼柱時應和柱底腳闆下側可靠焊接,這樣,鍍鋅扁鋼充當了接地極和接地線的雙重角色。

  除等電位接地環網沿建築物外圍敷設一周外,在建築物内還應該按跨度設置均壓網格,不但降低跨步電壓,保護人身安全,而且有利于工業廠房生産設備就地實施等電位聯結,縮短等電位聯結線的長度。

  以上是對鋼結構建築物防直擊雷措施的總結, 結論是:厚度達到0.5mm的輕鋼結構建築物的屋面夾芯闆(或壓型鋼闆)可以作為接閃器,利用鋼柱做引下線,利用基礎鋼筋做自然接地體并通過鍍鋅扁鋼連接成可靠的等電位接地環網。

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鋼結構設計不可忽視的内容-抗震

  抗震設計基本要求

  1、鋼結構房屋結構類型

  常見的鋼結構房屋的結構體系有框架結構、框架一支援結構、框架一抗震牆闆結構、簡體結構以及巨型框架結構等。鋼結構房屋的抗震性能的優劣取決于結構的選型,進行實際工程設計時,需要綜合考慮多種因素進行方案的優化,在優化過程中确定其适宜的結構體系。

  2、鋼結構房屋結構布置原則

  鋼結構房屋的結構體系和結構布置的選擇關系到結構的安全性、适用性和經濟性。和其他類型的建築結構一樣,多高層鋼結構房屋應盡量采用規則的建築方案。當結構體型複雜、平立面特别不規則時,可按實際需要在适當部位設置防震續,從而形成多個較規則的抗側力結構單元。由于鋼結構可耐受的結構變形大于混凝土結構,一般來說,不宜設抗震縫,必須設置時,抗震縫寬應不小于相應鋼筋混凝土結構房屋的1.5倍。

  3、 鋼結構房屋适用的最大高度和高寬比

  根據結構總體高度和抗震設防烈度确定結構類型和最大适用高度。結構的高寬比是影響結構整體穩定性和抗震性能的重要參數,它對結構剛度、側移和振動形式有直接影響。高度比指房屋總高度與平面較小寬度之比。高寬比值較大時,一方面使結構産生較大的水平位移及P—A效應,還由于傾覆力矩使柱産生很大的軸向力。因此,需要對鋼結構房屋的最大高寬比制定限值,不宜大于合理的限值,超過時應進行專門研究,采取必要的抗震措施。

  抗震設計的一般方法

  鋼材基本屬于各向同性的均質材料,且質輕高強、延性好,是一種很适合于建築抗震結構的材料,在地震作用下,高層鋼結構房屋由于鋼材材質均勻,強度易于保證,所以結構的可靠性大;輕質高強的特點使得鋼結構房屋的自重輕,從而所受地震作用減小;良好的延性使結構在很大的變形下仍不緻倒塌,從而保證結構在地震作用下的安全性。但是,鋼結構房屋如果設計和制造不當,在地震作用下,可能發生構件的失穩和材料的脆性破壞或連接破壞,使鋼材的性能得不到充分發揮,造成災難性後果。因此高層鋼結構房屋的抗震設計就顯得非常重要和必要。

  1、建築場地

  在選擇建築場地時,應根據工程需要,掌握地震活動情況和工程地質的有關資料,對建築場地做出綜合評價。宜選擇對建築抗震有利的地段,如開闊平坦的堅硬場地土或密實均勻的幹硬場地土等地段,避開對建築抗震不利的地段,如軟弱場地土、易液化土、條狀突出的山嘴、高聳孤立的山丘,非岩質的陡坡、采空區、河岸和邊坡邊緣等地段。

  2、地基和基礎

  為了避免建築物不均勻沉降而導緻結構産生裂隙、甚至傾斜,使結構構件過早進入塑性區,同一結構單元不應設置在性質截然不同的地基土上,不宜部分采用天然地基,部分采用樁基;地基有軟弱粘性土、可液化土或嚴重不均勻土層時,應加強基礎的整體性和剛性。

  3、平面和立面布置

  為了避免地震時建築發生扭轉和應力集中或塑性變形集中而形成薄弱環節,建築平面、立面布置宜規則、對稱,質量分布和剛度變化宜均勻。但不設置抗震縫時,應采用與實際情況相符合的計算模型,設置抗震縫時,應将建築物分割成規則的結構單元。我國《抗震規範》對高層鋼結構房屋的最大适用高度和鋼結構房屋的最大高寬比都有規定:

  (1)、結構體系應具有明确的計算簡圖和合理的地震作用傳遞途徑;應有多道抗震設防防線,避免因部分結構或構件失效而導緻整個體系喪失抗震能力或喪失對重力的承載能力;應具備必要的承載能力,良好的變形能力和耗能能力;應具有合理的剛度分布和承載力分布,避免因局部削弱或突變而形成薄弱部位,産生過大的應力集中或塑性變形集中,對可能出現的薄弱部位,應采取措施提高其承載能力。

  (2)、在抗震結構體系中,應使結構構件和連接部位具有良好的延性,避免脆性破壞,提高抗震結構的整體變形能力。因此,鋼結構構件應合理控制尺寸,防止局部失穩或整體失穩,如對梁翼緣和腹闆的寬厚比和高厚比都作了明确規定。此外,還應加強各構件之間的連接,以保證結構的整體性,抗震支承系統應保證地震作用時結構的穩定。

  (3)、對于女兒牆、圍護牆、雨篷、封牆等非結構構件,應使其與主體結構有可靠地連接和錨固,避免地震時倒塌傷人,産生附加震害;圍護牆、隔牆等與主體結構的連接,應避免設置不當而導緻主體結構破壞;應避免吊頂塌落及懸吊較重的裝飾物墜落,不可避免時應采取可靠措施。

  (4)、建築物在強震作用下的表現,既是對抗震設計的檢驗,也是對施工質量的檢驗。施工質量的好壞,直接影響鋼結構房屋的抗震能力。因此,抗震結構對材料和施工質量的特别要求,應在設計文件上注明。建築物的施工要特别注意符合圖紙上合理的抗震要求,注意材料選擇,确保施工質量。

  随着人們對地震的不斷認識,為防止出現嚴重的地震的嚴重災害,造成财産損失和生命傷亡。人們對高層鋼結構房屋的抗震要求不斷提高。本文闡明了設計人員進行高層鋼結構房屋抗震設計時,應首先從概念設計着手,制定比較合理的設計方案等,确保房屋抗震設防目标的實現。